美國空軍典型無人機系統成本分析

李梁/中國航空工業集團有限公司 張海濤/中國航空工業發展研究中心

隨著無人機系統的大量應用，成本問題已經成為廣泛關注的重點。本文系統梳理了美國RQ-4“全球鷹”、MQ-9“死神”等國外典型無人機系統的項目概況、采購費投資情況和成本情況，并對采購費投資和采購成本進行了分解。采用美軍建立的成本分析模型框架，從飛機平臺、地面站等兩個維度，對技術特征與價格的綜合對比，提出對飛機平臺成本價格影響最大的技術性能指標是續航時間和有效載重，對地面站成本價格影響最大的技術性能指標是最大作用距離，分析結論認為MQ-9飛行平臺的性價比更高，地面站性價比基本相當。

近年來，美國空軍通過加強頂層規劃，大力發展各種無人機系統，不僅針對未來的軍事需求不斷擴大無人機系統相關技術的開發和應用，而且不斷強化高空偵察和中空察/打一體式無人機系統的作戰使用。

目前，美國空軍裝備的無人機主要系統主要有以下三種：高空長航時RQ-4“全球鷹”、中空長航時MQ-9“死神”和MQ-1B“捕食者”。其中，MQ-1“捕食者”已停產，并正逐步被MQ-9“死神”替代。

RQ-4“全球鷹”

圖1 “全球鷹”RQ-4A與RQ-4B的主要特性

圖2 “全球鷹”各批次發展途徑

作為美國空軍無人機作戰體系的重要節點，“全球鷹”是目前世界范圍內續航時間最長、航程最遠、實戰應用最多的高空長航時無人機系統，也是目前世界上已列裝的無人機中尺寸和重量最大的型號。

項目概況

1994年6月1日，美國國防部國防研究計劃局（ARPA，后改名為國防部預研局/DARPA）發布了一份“先進概念技術驗證”（ACTD）項目招標書，旨在探索和驗證“超第2等級”（Tier Ⅱ+）長航時偵察無人機。包括特里達因?瑞安公司（1999年7月被諾斯羅普?格魯門公司收購）在內的5家廠商遞交了投標書。ARPA原本計劃選擇2家廠商進行下一輪競爭，但資金的缺乏迫使其直接選擇了一家廠商開展樣機研制和試飛工作。1995年5月23日，瑞安公司成為該項目的最終獲勝者，制造和試驗5架驗證機，編號為AV-1~AV-5。1997年2月20日首架原型機AV-1出廠，1998年2月28日完成了首飛。2001年2月16日，“全球鷹”項目通過了美國國防部國防采辦委員會的評審。2001年3月21日，諾?格公司獲得了工程制造與研發（EMD）合同，制造和試飛2架EMD型“全球鷹”，即AV-6和AV-7。2003年2月，AV-7交付美國空軍，“全球鷹”基本型（批次 0）研制結束。

“全球鷹”無人機系統用于取代U-2高空戰略偵察機，作為未來美國空軍和海軍重要的情報與信息平臺以及“空海一體戰”中的重要節點，是美國軍方發展的重點型號之一，也是目前世界上已列裝的無人機中尺寸和重量最大的型號。每套“全球鷹”系統由2架無人機平臺和2個地面指揮控制站組成。其飛行平臺RQ-4A與RQ-4B樣機的主要特性如圖1所示。

目前，“全球鷹”已研制發展了6個批次，如圖2所示。第0批次（批次 0）是“全球鷹”無人機平臺的原型機，包括5架ACTD型和2架工程與制造發展（EMD）型； 批次 10是初始小批量生產型（LRIP），也是RQ-4A的唯一構型，共7架； 批次 20、批次 30和批次 40是RQ-4B的三種構型，屬于批生產型，分別為6架、21架和11架；改進改型（批次 X）目前包括兩種型別：以批次 20為基礎平臺的“歐洲鷹”和以批次 40為基礎平臺的美國海軍“廣域海上監視”（BAMS）型。

表1 “全球鷹”無人機項目采購費投入情況（百萬美元）

表2 “全球鷹”無人機系統飛機平臺年度采購情況（百萬美元）

成本情況

2001年，美國空軍發布了“全球鷹”無人機系統的采購計劃，正式開始“全球鷹”的采購工作，使用漸進式的采購策略，逐漸獲得所需作戰能力。漸進式采購是根據在相關環境中驗證的技術，按照分階段要求、經過驗證的制造或軟件部署能力，來定義、研制、生產和部署具有初始作戰能力的硬件或軟件（第1批），并對后續增加的超出初始能力的部分（第2批、第3批以及更多批次）的研制、生產和部署作出新的規劃。采用漸進式采購方式時，將最終交付用戶的能力分成兩批或兩批以上，初始能力可以在較短時期內提供，隨著時間的推移和技術的改進，陸續提供后續批次的能力（批次 10在第3批量之后停止生產，批次 20在第4批量之后停止生產）。

根據美國空軍《飛機采辦，空軍 2018》披露數據，截至2017年，美國空軍已經完成了全部55套“全球鷹”無人機系統的采購工作，采購費總投入為43.54億美元（2018年幣值）。其中，飛機平臺45架（7架批次 10、6架批次 20、21架批次 30和11架批次 40），采購費為31.43億美元（2018年幣值）；通用地面站10套，采購費為2.18億美元（2018年幣值）；綜合保障系統采購費為9.93億美元（2018年幣值）。

飛機平臺各批次按年度分解的采購情況請見表2。

根據空軍《飛機采辦，空軍 2018》，“全球鷹”批次 10單價為4640萬美元（2018年幣值），批次 20單價為5440萬美元（2018年幣值），批次 30單價為7880萬美元（2018年幣值），批次 40單價為7590萬美元（2018年幣值）；通用地面站單價為2182萬美元（2018年幣值）。

MQ-9“死神”

項目概況

1994年1月7日，通用原子航空系統公司（GA-ASI）獲得一份為期30 個月、總金額3170 萬美元的先進概念技術驗證（ACTD）項目合同，研制第二等級（Tier 2）中空長航時偵察無人機驗證機。首架于1994年7月3日完成首飛，同年10月即完成了首套系統（3 架機和1 個地面站）。美國國防部在ACTD 項目中共購買了27 架“捕食者”。1996年6月30日，ACTD 項目結束。1997年該項目被移交給美國空軍，后者在同年將初始生產型“捕食者”系統編號為RQ-1A，并于同年8月19日首批訂購了2 套初始小批量生產型系統。

“捕食者”系統中出現的編號較為繁雜，其中RQ-1A和RQ-1B 均指整套無人機系統，而RQ-1K 和RQ-1L 均指無人機平臺。到2002年年底，美國空軍所有的RQ-1A 基本已升級為RQ-1B，所有的RQ-1K 基本已升級為RQ-1L。在2006年之前，RQ-1B 又被升級為MQ-1B，RQ-1L 又被升級為MQ-1L，因此美國空軍目前列裝的“捕食者”無人機系統均為MQ-1B，無人機均為MQ-1L。

“捕食者”無人機系統已發展成一個系列，其主要型號包括M Q-1B“捕食者”、MQ-1C“天空勇士”和MQ-9“死神”等。其中MQ-1B采用MQ-1L 無人機，可外掛2 枚AGM-114 空地導彈。該系統有時被稱為“捕食者”A系統。MQ-9“死神”為MQ-1B 的改進型，屬于“捕食者”B系列。MQ-1L 的放大型，2001年10月，為準備全球反恐戰，美國空軍提出了發展這種改型的建議。在此之前，GAASI已研制并首飛了“ 捕食者”B 原型機。2003年6月，美國空軍作戰司令部確定了該機的作戰概念。美國空軍于2002年12月訂購了首批2 架預生產型機和4 架初始小批量生產型機。其中首架于2003年10月17日首飛。

目前美國空軍已經停止采購MQ-1（“捕食者”A），最后一架于2011年3月3日交付。“捕食者”B（MQ-9）是在“捕食者”A的基礎上改型而來，增大了外形尺寸，垂尾由倒V形改為V形，換裝了霍尼韋爾TPE331-10T渦槳發動機，飛行包線全面擴展，任務載荷載重和續航能力顯著提高。該機采用螺旋式（Spiral）的研制途徑，Spiral0是捕食者B的最初基本型，主要用于飛行特性評估。Spiral1主要用于驗證攜帶AGM-114“地獄火”（Hellfire）激光制導導彈對地攻擊的能力。Spiral2增加了無人機的最大起飛重量，集成了更多的電子設備。

表3 MQ-9“捕食者”B無人機系統采購費詳細情況費用單位：百萬美元（2018年幣值）

表4 飛行平臺成本密度對比表

表5 地面站成本密度對比表

成本情況

根據美國空軍《飛機采辦，空軍 2018》，2002年美國空軍發布了“捕食者”B無人機系統的采購計劃，使用漸進式的采購策略，正式開始“捕食者”B的采購工作。目前最新的采購計劃為379架飛機平臺，總采購費用預算（含飛機平臺和地面站）為77.96億美元（2018年幣值）。

截止2017年底，美國空軍共采購了347架MQ-9“捕食者”B飛機平臺，89個固定式地面控制系統，27移動式地面控制系統，17個復合式地面控制系統，144個地面數據終端、120個衛星數據鏈和34套訓練模擬器，采購費支出63.16億美元（2018年幣值），詳見表3。

根據美國空軍《飛機采辦，空軍 2018》，MQ-9飛機平臺單價為1410萬美元（2018年幣值）,復合式地面站單價為708萬美元（2018年幣值）。

技術特征與價格的綜合對比

飛機平臺對比

衡量軍用飛機的經濟性，美軍通常的做法是采用成本密度法，即單位空機重量的飛機平臺價格。根據美國空軍《2016～2036年無人機系統飛行規劃》數據，目前美國空軍無人機系統飛機平臺平均成本密度（飛機平臺價格/空機重量）大致為1500美元/磅，即3300美元/kg。

另外，美國陸軍成本與經濟性研究中心（DASA-CE）在2004年委托美國Technomics公司開展了無人機系統采辦成本估算方法研究工作，收集了美國20余種無人機型號的技術、成本數據，回歸建立了基于性能的無人機系統（含飛機平臺、地面設備）成本估算模型。

其中，飛行平臺價格的估算模型為：

式中，UAV表示飛行平臺價格（2003年萬美元），包括機體、發動機、系統成品和任務設備。Endurance表示續航時間（h）。Payload_Wt表示有效載重（kg）。FF_Year表示飛機首飛年。

按照美國陸軍的說法，對飛行平臺成本價格影響最大的技術性能指標是續航時間和有效載重。續航時間和有效載重的乘積可以近似代表無人機系統飛機平臺的效能指數。

將RQ-4A/B、MQ-9飛行平臺的空機重量、有效載重、續航時間、價格數據以及計算的效能指數、成本重量密度、成本效能密度列于表4。

結論：MQ-9“死神”無人機系統飛機平臺盡管在在空機重量、續航時間上略遜于RQ-4“全球鷹”無人機系統，但在有效載重上占優，且綜合效能指數高于RQ-4“全球鷹”無人機系統。同時，MQ-9飛行平臺單價遠低于RQ-4，成本重量密度和成本效能密度均低于RQ-4。也就是說，MQ-9飛行平臺的性價比更高。

地面站對比

DASA-CE回歸建立的基于性能的無人機系統成本估算模型中關于地面站價格的模型如下：

式中，GSE表示地面設備價格（2003年萬美元），包括地面控制站、便攜式地面數據終端、發射與回收設備、便攜式控制設備、運輸車輛、維修設備和其他輔助設備。Range表示地面站最大作用距離（公里）。MobileBase表示控制設備可移動時取1，不可移動時取2。

由此可見，對地面站成本價格影響最大的技術性能指標是最大作用距離。因此，在進行技術特征與成本價格綜合對比分析時，選取單位作用距離的價格密度為指數。

結束語

“死神”無人機系統地面站較“全球鷹”無人機系統通用地面站在探測距離上的差距較大，但單價遠低于“全球鷹”。因此，兩者的成本距離密度基本相當。■